 |
Tháng 6/2021, khi nhiệt độ tăng đột biến, ông Aaron Flansburg hiểu rằng đây là điềm chẳng lành với ruộng canola của mình. Từ năm ngoái, cả cánh đồng đã phải hứng chịu mức nhiệt 42 độ C ngay khi những bông hoa mới chớm nở. Ông nói: "Cả đời tôi chưa bao giờ thấy trời nóng như thế này vào tháng 6".
Hậu quả là những bông hoa canola màu vàng nở yếu ớt, giảm sinh sản và hạt không đủ tiêu chuẩn ép dầu. Thông thường, ruộng của Flansburg thường cho năng suất thu hoạch khoảng 272-363 kg/4000 m2. Trong điều kiện thời tiết lý tưởng, con số này có thể đạt tới 1.225 kg/4000 m2.
Sự sụt giảm được cho là do nắng nóng và hạn hán kéo dài trong suốt mùa vụ. Một yếu tố khác đang khiến giới khoa học đau đầu: Nắng nóng là kẻ thù của phấn hoa.
Quá trình tác động
Ngay cả khi có đủ nước, sức nóng vẫn có thể làm hỏng phấn hoa và ngăn cản sự thụ phấn trong nhiều loại cây trồng khác, như ngô, lạc và lúa. Với lý do này, rất nhiều nông dân căn thời điểm thu hoạch trước khi nhiệt độ tăng.
Nhưng do biến đổi khí hậu làm tăng số ngày nóng, cùng với các đợt nắng nóng khắc nghiệt dài ngày ngày càng phổ biến, thì việc lên kế hoạch khá khó khăn.
 |
| Ống được hình thành để cung cấp dưỡng chất xuống buồng trứng của thực vật, nhưng nhiệt độ cao khiến các protein bị phân hủy. Ảnh: Alamy. |
Các nhà nghiên cứu đang tìm cách cải tiến phấn hoa trước nắng nóng. Họ phát hiện ra các gene có thể tạo ra các giống cây chịu nhiệt tốt và các giống cây lai tạo hợp mùa đông, có thể ra hoa trước khi nắng nóng. Họ kiểm tra giới hạn của phấn hoa và thậm chí là thu hoạch phấn hoa ở quy mô lớn để phun trực tiếp lên cây khi thời tiết ôn hòa hơn.
Nhà sinh hóa học Gloria Muday của Đại học North Carolina’s Wake Forest giải thích rằng mọi loại hạt, ngũ cốc và trái cây mà con người ăn đều là sản phẩm trực tiếp của quá trình thụ phấn.
Quá trình tạo hạt bắt đầu khi hạt phấn rời bao phấn của cơ quan sinh sản đực (nhị hoa), đậu trên đầu nhụy dính của cơ quan sinh sản cái (nhụy hoa) và bắt đầu phát triển thành ống. Ống này được hình thành bởi một tế bào duy nhất phát triển qua đầu nhụy và xuống một cuống được gọi là vòi nhụy cho đến khi đến buồng trứng, nơi nó mang vật chất di truyền của hạt phấn hoa.
Ống phấn phát triển rất nhanh, khoảng 1 cm/giờ, do đó đòi hỏi nhiều năng lượng. Nhưng với nhiệt độ từ khoảng 32 độ C, thì các protein hỗ trợ quá trình trao đổi chất của hạt phấn bắt đầu bị phá vỡ.
Trên thực tế, nhiệt không chỉ cản trở sự phát triển của ống mà còn cản trở các giai đoạn phát triển khác của phấn hoa. Hậu quả là một hạt phấn hoa có thể không bao giờ hình thành, có thể vỡ ra, không tạo ra ống hoặc tạo ra một ống phát nổ.
Không phải loại cây trồng nào cũng dễ bị nóng như nhau. Thật vậy, giới nghiên cứu vẫn đang theo dõi các cơ chế phân tử cho phép phấn hoa từ một số giống cây có thể sống sót được trong khi phấn hoa từ những giống cây khác chết đi.
Nghiên cứu cây đột biến
Muday nghiên cứu phấn hoa từ cây cà chua đột biến. Vào năm 2018, nhóm của bà đã báo cáo rằng flavonols - chất chống oxy hóa, đóng một vai trò quan trọng trong việc ngăn chặn các phân tử chứa oxy phản ứng cao, được gọi là các loại oxy phản ứng (ROS). Nếu không chúng sẽ tăng lên mức phá hủy ở nhiệt độ cao.
 |
| Biến đổi khí hậu làm giảm sự phát triển của phấn hoa. Ảnh: AFP. |
Nhóm của bà hy vọng những người lai tạo giống có thể kết hợp những gene này vào cà chua mới, có khả năng phát triển tốt hơn.
Từ nghiên cứu ban đầu, Muday phát triển một loại cà chua tạo ra hàm lượng flavonols đặc biệt cao. Bà tin rằng việc nhiệt làm chết phấn hoa có liên quan đến nhiều thành tố khác nhau ngoài flavonols và ROS, nên sẽ có nhiều cách có thể cải thiện.
Trong khi đó, các nhà lai tạo cà chua và các cây trồng khác đã và đang nghiên cứu để phát triển các giống cây trồng có thể ứng phó nhiệt tốt hơn.
Nhà di truyền học Rebecca McGee thuộc Cơ quan Nghiên cứu Nông nghiệp của Bộ Nông nghiệp Mỹ phân tích: “Nếu nông dân ở Tây Bắc Mỹ ven biển Thái Bình Dương, các tiểu bạng miền Núi hoặc Thảo nguyên Bình nguyên Cao trồng đậu Hà Lan trong môi trường ấm dần lên, thì chúng ta nên có đậu Hà Lan có khả năng chịu nhiệt tốt hơn”.
Các loại đậu như đậu khô, đậu Hà Lan, đậu lăng và đậu gà không cần nhiều độ ẩm. Todd Scholz, phó chủ tịch nghiên cứu của Hội đồng đậu và đậu lăng Mỹ, cho biết nếu nhiệt độ quá nóng, phấn hoa sẽ biến mất.
McGee đang nhân giống một số đậu Hà Lan và đậu lăng có khả năng chống chịu tốt hơn với nhiệt độ cao. Bên cạnh đó, bà còn tiếp cận vấn đề theo hướng ngược lại: Nhân giống cây trồng có thể chịu lạnh.
Ở miền Bắc Mỹ, các loại đậu thường được trồng vào mùa xuân. McGee đang nhân giống đậu Hà Lan, đậu lăng và đậu gà thường được gieo vào mùa thu. Mục đích của bà là để những giống cây trồng này vượt qua mùa đông, sau đó ra hoa vào đầu hè - tạo cơ hội thụ phấn thành công trước một đợt nắng nóng.
Đề xuất phương án
Tại Đại học Bang Michigan, Jenna Walters đang nghiên cứu nhiệt độ ảnh hưởng như thế nào đến phấn hoa và các tác nhân thụ phấn trong một loại cây ăn quả.
 |
| Phấn hoa do hoa canola tạo ra rất nhạy cảm với nhiệt độ. Ảnh: Alamy. |
Vào năm 2018, nhiệt độ ở tây nam Michigan ở mức 35 độ C, những con ong vẫn bay giữa những cụm hoa trắng mỏng manh trên bụi cây việt quất. Đến vụ thu hoạch, nhiều trái lại nhỏ hơn bình thường hoặc không phát triển được. Ở một tiểu bang mà có năng suất thu hoạch trung bình khoảng 45.359 tấn quả việt quất mỗi năm, người trồng chỉ thu hoạch được 29.937 tấn.
Walters đang nghiên cứu nguyên nhân vấn đề. Bà xác định giới hạn nhiệt của hạt phấn hoa việt quất, bằng cách để phấn hoa trong đĩa petri ở một phạm vi nhiệt độ và theo dõi phấn hoa trong 24 giờ. Kết quả chưa chính thức cho thấy rằng ở nhiệt độ trên 35 độ C, các ống phấn hoa việt quất không thể phát triển.
Walters cũng mô phỏng một đợt nắng nóng khắc nghiệt bằng cách cho các hạt phấn hoa tiếp xúc với nhiệt độ 37,5 độ C trong bốn giờ và sau đó hạ nhiệt độ xuống 25 độ C trong 20 giờ sau. Walters nói: “Chỉ cần tiếp xúc với nhiệt trong bốn giờ là đủ để làm tổn hại đến cây".
Hiện bà đang xác nhận những kết quả này trên các bụi cây việt quất trong các khoang trồng cây trong điều kiện nhiệt độ khác nhau. Bà nói, nếu kết quả không đổi, mức nhiệt 35 độ C sẽ khiến người nông dân kích hoạt hệ thống phun sương làm mát. Nhưng họ sẽ phải đánh đổi.
Bà nói: “Rất nhiều mầm bệnh lây lan qua độ ẩm cao hoặc nước, đặc biệt là trong giai đoạn nở hoa. Và khi phun sương, hầu hết loài động vật thụ phấn sẽ không tới".
Walters cho biết, nếu nhiệt làm hỏng phấn hoa, thì con ong cái tạo ra nhiều trứng đực hơn, đòi hỏi ít phấn hoa hơn. Nhưng ong đực trong vườn việt quất ít hữu ích. Để bù đắp cho lượng phấn hoa giảm, người trồng có thể cân nhắc trồng những dải hoa dại có khả năng chịu nhiệt tốt hơn và có thể cung cấp thêm chất dinh dưỡng cho các loài thụ phấn.
Một giải pháp đơn giản hơn là chuyển đổi cây trồng hoàn toàn. Scholz, thuộc Hội đồng Đậu Hà Lan và Đậu lăng khô cho biết: “Có những loại đậu phát triển ở vùng khí hậu nhiệt đới, vì vậy có thể bạn chọn trồng chúng. Một số loại đậu có khả năng chịu nhiệt tốt như đậu fava và đậu mắt đen, cần nhiều độ ẩm hơn điều kiện vùng đất khô hạn ở Tây Bắc Hoa Kỳ ven biển Thái Bình Dương có.
Riêng ông Flansburg không muốn chuyển đổi. Ông vẫn hy vọng rằng việc lai tạo sẽ giúp ông tiếp tục trồng cải dầu và các loại cây khác mà gia đình đã trồng từ bao đời nay.
